热回收蒸汽发生器锅炉管布置 |
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| 申请号 | CN201210024503.3 | 申请日 | 2012-01-19 | 公开(公告)号 | CN102607003A | 公开(公告)日 | 2012-07-25 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | J·R·坎贝尔; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及热回收 蒸汽 发生器 锅炉 管布置。其中，一种热回收 蒸汽发生器 (118)包括：壳体(120)，其具有入口(116)和出口(125)；锅炉管(202)，其安置在壳体(120)中，锅炉管(202)限定内腔(302)和外表面(208)，锅炉管具有带纵轴(301)和横轴(303)的截面形状，其中纵轴(301)的长度大于横轴(303)的长度；以及，至少一个翅片(206)，其布置在锅炉管(202)的外表面(208)上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种热回收蒸汽发生器(118)，包括： |
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| 说明书全文 | 热回收蒸汽发生器锅炉管布置技术领域[0001] 本文所公开的主题涉及在热回收蒸汽发生器中的锅炉管。 背景技术[0002] 燃气涡轮联合循环动力系统(power systems)包括机械地连接到发电机(generator)的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发出热排气，热排气被导向通过热回收蒸汽发生器(heat recovery steam generator，HRSG)。排气流经HRSG中的入口管道且流经壳体，壳体包括多个锅炉管。锅炉水或蒸汽流经锅炉管且由排气流加热，导致可用于向蒸汽涡轮提供动力的热蒸汽。发明内容 [0003] 根据本发明的一方面，一种热回收蒸汽发生器包括：壳体，其具有入口和出口；锅炉管，其安置在壳体中，锅炉管限定内腔和外表面，锅炉管具有带纵轴和横轴的截面形状，其中纵轴的长度大于横轴的长度；以及，至少一个翅片，其布置在锅炉管的外表面上。 [0004] 根据本发明的另一方面，一种动力系统包括燃气涡轮发动机，其具有排气管道和热回收蒸汽发生器，热回收蒸汽发生器包括：壳体，其具有出口和连接到排气管道的入口；锅炉管，其安置在壳体中，锅炉管限定内腔和外表面，锅炉管具有带纵轴和横轴的截面形状，其中纵轴的长度大于横轴的长度；以及，至少一个翅片，其布置在锅炉管的外表面上。 [0005] 根据本发明的又一方面，一种锅炉管组件包括：管，其安置在壳体中，管限定内腔和外表面，管具有带纵轴和横轴的截面形状，其中纵轴长度大于横轴长度；以及，至少一个翅片，其布置在管的外表面上。 附图说明[0008] 图1示出示例性联合循环动力系统的系统图。 [0009] 图2示出锅炉管组件的示例性实施例的一部分的侧视图。 [0010] 图3示出沿着图2的线3-3所截取的截面图。 [0011] 图4示出锅炉管组件的替代示例性实施例的一部分的侧视图。 [0012] 图5示出沿着图4的线5-5所截取的截面图。 [0013] 图6示出在图1的HRSG的一部分中的锅炉管组件布置的示例性实施例的截面图。 [0014] 图7示出千瓦输出变化与排气压力变化关系的曲线图。 [0015] 图8示出系统效率变化与排气压力变化关系的曲线图。 [0016] 图9示出在图1的HRSG的一部分中的锅炉管组件布置的替代示例性实施例的截面图。 [0017] 图10示出锅炉管组件的布置的另一替代示例性实施例的截面图。 [0018] 部件列表： [0019] 100 动力系统 [0020] 101 空气 [0021] 102 燃气涡轮发动机 [0022] 103 排气 [0023] 104 发电机 [0024] 106 进气室 [0025] 108 压缩机部分 [0026] 110 燃烧器部分 [0027] 112 涡轮部分 [0028] 114 排气室 [0029] 116 入口管道 [0030] 118 热回收蒸汽发生器 [0031] 120 壳体 [0032] 122 锅炉管 [0033] 124 泵 [0034] 125 出口管道 [0035] 126 蒸汽涡轮 [0036] 128 发电机 [0038] 202 锅炉管组件 [0039] 204 管 [0040] 206 翅片 [0041] 208 外表面 [0042] 301 长轴(纵轴) [0043] 303 短轴(横轴) [0044] 304 内表面 [0045] 402 锅炉管组件 [0046] 404 管 [0047] 406 翅片 [0048] 408 外表面 [0049] 501 纵轴 [0050] 502 腔 [0051] 503 横轴 [0052] 504 内表面 [0053] 505 半径 [0054] 510 纵向区段 [0055] 512 端部区段 [0056] 601 间距(间隔) [0057] 602 行 [0058] 604 行 [0059] 发明详述参看附图以举例说明的方式解释本发明的实施例，以及优点和特点。 具体实施方式[0060] 图1示出示例性联合循环动力系统100的系统图。该系统100包括机械地连接到发电机104的燃气涡轮发动机102。燃气涡轮发动机102包括进气室(air intake plenum)106、压缩机部分108、燃烧器部分110、涡轮部分112和排气室(管道)114。排气室114连接到热回收蒸汽发生器(HRSG)118的入口管道116。HRSG 118包括壳体120，壳体120包围锅炉管122。壳体120连接到出口管道125。锅炉管122连接到泵124和蒸汽涡轮126。蒸汽涡轮126机械地连接到发电机128。蒸汽涡轮输出蒸汽到冷凝器130，冷凝器130连接到泵124。 [0061] 在操作中，空气101流入到进气室106且由压缩机108加压。燃料添加到压缩空气且在燃烧器110中点燃。热膨胀气体流经涡轮112，涡轮112使得压缩机108和发电机104旋转且驱动压缩机108和发电机104。排气103从排气室114流动且进入到入口管道 116和HRSG 118的壳体120。排气103流经HRSG 118且围绕锅炉管122，加热流经锅炉管 122的锅炉水。锅炉水转变成蒸汽，蒸汽驱动蒸汽涡轮126和机械地连接的发电机128。蒸汽离开蒸汽涡轮126且由冷凝器130冷凝为水，水由泵124加压。 [0062] 图2示出锅炉管组件202的示例性实施例的一部分的侧视图。锅炉管组件202包括管204和翅片206，翅片206在管204的外表面208上平行地布置。管204和翅片206由任何合适的材料制成，包括(例如)钢或另外的金属材料。翅片206可使用诸如焊接、钎焊、粘合剂或机械链结这样的合适方法固定到管204的外表面208上。 [0063] 图3示出沿着锅炉管组件202的(图2的)线3-3所截取的截面图。锅炉管组件202包括腔302，腔302由具有内表面304的管204限定。管204为椭圆形，具有长轴(纵轴)(y)301和短轴(横轴)(x)303，其中y＞x。 [0064] 图4示出锅炉管组件402的替代示例性实施例的一部分的侧视图。锅炉管组件402包括管404和翅片406，翅片206在管404的外表面408上平行地布置。 [0065] 图5示出沿着锅炉管组件402的(图4的)线5-5所截取的截面图。锅炉管组件402包括腔502，腔302由具有内表面504的管404限定。管404为具有纵轴(a)501和横轴(b)503的丸形(pill shaped)，其中a＞b。管404包括平行纵向区段510和形成连续形状的端部区段512。锅炉管组件402的端部区段512为圆形，具有半径(r)505。 [0066] 图6示出在(图1的)HRSG 118的一部分中的锅炉管组件布置202的示例性实施例的截面图。示出来自燃气涡轮发动机102的排气103的流动路径。在操作中，锅炉水流经锅炉管组件202的腔204。排气103经由翅片206和管204向锅炉水传热。锅炉管组件202的椭圆形通过使每个管组件202的表面积在排气103的流动路径方向上延长和变平而改进了排气103的流动，且降低了通过HRSG118的压力损失。管204和翅片206的椭圆形状增加了锅炉管组件202的表面积(与圆形管和翅片组件相比)且增加了每个管向锅炉水的传热。锅炉管组件202改进的传热也可允许锅炉管组件202的间距(间隔)(由箭头601指示)相对更大(大于圆形管的布置)同时维持HRSG118的所需传热规格(热交换器效果)。 锅炉管组件202增加的间距在排气流经HRSG 118时进一步减小了压力损失且改进了排气 103的流率。举例而言，参看图1，排气103在HRSG 118的入口管道114处具有压力P1且在出口管道125处具有压力P2。压差可表达为：ΔP＝P2-P1。在图示实施例中，该ΔP小于具有以更小间隔而分隔的管的HRSG(例如，圆形锅炉管布置)的ΔP。在图示实施例中ΔP通过降低涡轮112上的背压而提高了(图1的)燃气涡轮发动机102的效率。燃气涡轮发动机102的提高的效率提高了系统100的总效率。 [0067] 锅炉管组件202增加的传热的另一优点在于可减少在HRSG 118中锅炉管组件202的数量；因此，减小HRSG118的总大小(和成本)同时维持所需的热交换器效果值。 [0068] 图7示出了类似于上文所述的系统100的联合循环系统的千瓦(kW)输出(CCkW)和简单循环的千瓦输出(SCkW)的变化与涡轮发动机的排气压力的变化dP(ΔP)(以水柱英寸数为单位)的关系的曲线图。就此而言，排气压力的减小导致输出增加。 [0069] 图8示出联合循环系统的效率(CCeff)和简单循环的效率(SCeff)的变化与涡轮发动机的排气压力的变化dP(ΔP)(以水柱英寸数为单位(in inches of water))关系的曲线图。排气压力减小导致效率提高。 [0070] 排气103改进的流率通过在排气103流经HRSG118时向锅炉管组件202更均匀地传热而改进锅炉管组件202的传热。举例而言，参看图6，沿着行602的管比沿着行604的锅炉管组件202接收更高温度和流率的排气103，这归因于气体通过HRSG 118时排气103中的热损失。图示实施例改进的流动路径减小传到行602中的锅炉管组件202与行604中的锅炉管组件202的热之间的差异。沿着排气103的流动路径向锅炉管组件202更均匀传热提高了HRSG 118和系统100的效率且可允许减少HRSG 118中的锅炉管组件202的数量同时维持所需的热交换器效率值。在HRSG 118中减少的锅炉管组件202的数量可允许减小HRSG118的大小。 [0071] 图9示出在(图1的)HRSG 118的一部分中的锅炉管组件布置402的替代示例性实施例的截面图。锅炉管组件布置402类似于图6所示的布置。 [0072] 图10示出在(图1的)HRSG 118的一部分中的锅炉管组件布置202的另一替代示例性实施例的截面图。锅炉管组件202布置成交错的行。 [0073] 虽然仅关于有限的几个实施例描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以合并之前未描述的任意多个变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的精神和范围相符。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，但应了解本发明的方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应视作受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。 |
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